Spindellager
- geeignet für sehr hohe Drehzahlen
- höchste Präzision
- paarweiser Einbau
Spindellager sind eine Sonderform der einreihigen Schrägkugellager. Sie können neben radialen auch axiale sowie kombinierte Kräfte aufnehmen und eignen sich aufgrund der sehr eingeengten Toleranzen für höchste Anforderungen an die Führungs- und Laufgenauigkeit, Steifigkeit, Drehzahlsteigerung und Reibungsminimierung. Spindellager sind nicht zerlegbar und eignen sich nicht für den Ausgleich von Winkelfehlern. Sie werden hauptsächlich für die Lagerung der Hauptspindel in den Werkzeugmaschinen verwendet.
Abmessungen und Toleranzen
Spindellager werden bei KRW standardmäßig entsprechend DIN 620-2 (Wälzlagertoleranzen) und ISO 492 (Radiallager – Maße und Toleranzen) in P4S, das heißt mit den eingeengten Maßtoleranzen P4 sowie Form- und Lauftoleranzen P2, geliefert. Alle weiteren – davon abweichenden Toleranzklassen oder Sondertoleranzen – sind bei der Bestellung anzugeben.
Normen
Die Hauptabmessungen der Spindellager sind nach DIN 628-6 (Spindellager), DIN 616 (Wälzlager - Maßpläne) und ISO 15 (Radiallager - Allgemeine Abmessungen) genormt.
Darstellung der unterschiedlichen Anstellungsarten von Spindellagern in X-, O- und Tandemanordnung
Lagerausführung
Spindellager sind selbsthaltende, nicht zerlegbare Lager. Neben Radialkräften können sie sowohl einseitig wirkende Axialkräfte als auch in Kombination mit einem zweiten, spiegelbildlich angeordneten Spindellager zweiseitig wirkende Axialkräfte sowie radiale Kräfte aufnehmen.
Bei kombinierten Lagersätzen wird anhand des Verlaufes der Berührungslinien in O-, X-, und Tandem-Anordnung unterschieden. Lager der X-Anordnung sind weniger für die Aufnahme von Momenten geeignet, während die O-Anordnung sehr steif ist und nur ein geringes Kippspiel zulässt. Bei Tandem-Anordnungen verlaufen die Berührungslinien zweier Lager in eine Richtung, was dazu führt, dass Axialkräfte nur einseitig aufgenommen werden können. Dabei wird die Axiallast von beiden Lagern der Paarung aufgenommen und die axiale Tragfähigkeit erhöht.
Spindellager in seiner Grundausführung; α – Druckwinkel
Die axiale Belastbarkeit eines Spindellagers steigt mit der Zunahme des Druckwinkels. Die Größe des Druckwinkels wird durch die Nachsetzzeichen C (15°), D (20°) und E (25°) angegeben.
KRW fertigt sowohl einzelne Spindellager in Universalausführung, die in beliebiger Anordnung nebeneinander eingebaut werden können, als auch zusammengepasste Lagersätze mit definierter Lagervorspannung.
Vorspannung
Spindellager werden in verschiedene Vorspannungsklassen eingeteilt. Diese sind nicht genormt. KRW Vorspannungsklassen sind über Nachsetzzeichen definiert. Die Vorspannung ist so zu wählen, dass bei maximaler Axialkraft das unbelastete Gegenlager weiterhin eine ausreichende Vorspannung besitzt. Auf die Abhebekräfte ist zu achten. Hierfür sind die Ingenieure der KRW Anwendungstechnik zu kontaktieren.
Käfig
Spindellager sind bei KRW standardmäßig mit einem außenbordgeführten Hartgewebefensterkäfig (Nachsetzzeichen: TPA) ausgestattet. Andere Käfigausführungen sind auf Nachfrage verfügbar oder werden anwendungsspezifisch ausgewählt und entsprechend als Nachsetzzeichen am Lager gekennzeichnet.
Allgemeine Informationen zu Käfigen
Spezifische Nachsetzzeichen
| C | Geänderte innere Konstruktion, Berührungswinkel 15° |
| D | Geänderte innere Konstruktion, Berührungswinkel 20° |
| E | Geänderte innere Konstruktion, Berührungswinkel 25° |
| TPA | Massivfensterkäfig aus Hartgewebe, geführt am Außenringbord |
| U | Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Buchstaben, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen: L - leichte Vorspannung M - mittlere Vorspannung H - starke Vorspannung |
| DU | Lagersatz bestehend aus zwei Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen: L - leichte Vorspannung M - mittlere Vorspannung H - starke Vorspannung |
| TU | Lagersatz bestehend aus drei Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen: L - leichte Vorspannung M - mittlere Vorspannung H - starke Vorspannung |
| QU | Lagersatz bestehend aus vier Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen: L - leichte Vorspannung M - mittlere Vorspannung H - starke Vorspannung |
| PU | Lagersatz bestehend aus fünf Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen: L - leichte Vorspannung M - mittlere Vorspannung H - starke Vorspannung |
Ausgleich von Winkelfehlern
Spindellager sind zum Ausgleich von Schiefstellungen ungeeignet. Schiefstellungen führen zu einem ungünstigen Abrollen der Kugeln und rufen im Lager Zusatzbeanspruchungen hervor, die die Gebrauchsdauer verringern.
Drehzahl
Ausschlaggebend für die erreichbaren Drehzahlen ist die Gesamtenergiebilanz des Lagersystems. Sie ist abhängig von:
- der Lageranzahl
- der Lageranordnung
- der äußeren Belastung
- der Vorspannungsklasse
- der Schmierung und
- der Wärmeabfuhr.
Die kinematische Grenzdrehzahl nG ist ein praxisbezogener mechanischer Grenzwert und basiert auf der mechanischen Betriebsfestigkeit des Wälzlagers in Abhängigkeit seiner Einbausituation und der Schmierung. Die Grenzdrehzahl von Spindellagern wird, abweichend von anderen Lagerbauarten, nach dem verwendeten Schmierstoff (nG Fett oder nG Öl) unterschieden und darf auch unter optimalen Betriebsbedingungen ohne vorherige Rücksprache mit KRW nicht überschritten werden.
Die Grenzdrehzahl für Fettschmierungen gilt unter der Voraussetzung, dass ein auf die Betriebsbedingungen abgestimmtes Hochgeschwindigkeitsfett unter der Verwendung der richtigen Fettmenge zum Einsatz kommt.
Drehzahlgrenzen in Lageranordnungen
Werden die Spindellager in einer starr vorgespannten O-, X- oder Tandem-Anordnung gepaart, so reduziert sich die in den Lagertabellen angegebenen Grenzdrehzahl des Einzellagers. Hierfür wird ein Reduktionsfaktor fr eingeführt, der in der nachfolgenden Tabelle je nach Lageranordnung definiert ist.
L: Leichte Vorspannung, M: Mittlere Vorspannung, H: hohe Vorspannung
Zulässige Betriebstemperaturen
Die zulässige Betriebstemperatur eines Lagers ist durch Käfigmaterial, Maßstabilität der Lagerbauteile (Laufringe und Wälzkörper) sowie den Schmierstoff begrenzt. KRW Lager sind standardmäßig bis 200°C maßstabilisiert (S1). Allerdings begrenzt der Hartgewebekäfig die maximale Betriebstemperatur auf 100°C. Auf Anfrage liefert KRW ebenfalls Wälzlager für höhere Betriebstemperaturen.
Dimensionierung
Eine Auslegung von Spindellagern entsprechend der Lebensdauer nach ISO 281 ist möglich aber in der Praxis unüblich. Da Spindellager in der Regel dauerfest, das heißt unterhalb der Ermüdungsgrenzbelastung betrieben werden, finden die Gesetzmäßigkeiten der Materialermüdung keine Anwendung. Eine Auslegung erfolgt demzufolge nach den Anforderungen der Lagerung hinsichtlich Tragfähigkeit, Steifigkeit und Genauigkeit.
Statisch werden Spindellager entsprechend der nachfolgenden Formel hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit berechnet.
| S0* | Belastungsverhältnis für Dauerfestigkeit, dynamische Tragsicherheit | [-] |
| C0 | statische Tragzahl (aus der Lagertabelle) | [kN] |
| P0* | äquivalente Lagerbelastung wird mit den Kräften der dynamischen Belastung nach der Gleichung der statischen äquivalenten Belastung berechnet | [kN] |
Statisch äquivalente Lagerbelastung P0*:
Für Spindellager gelten folgende Zusammenhänge:
| P0 | statisch äquivalente Belastung | [kN] |
| F0,r | maximale radiale statische Kraft | [kN] |
| F0,a | maximale axiale statische Kraft | [kN] |
| e | Berechnungsfaktor, siehe Tabelle | [-] |
| X | Berechnungsfaktor, siehe Tabelle | [-] |
| Y | Berechnungsfaktor, siehe Tabelle | [-] |
| Ausführung | e | X | Y |
| Ausführung C | 1,09 | 0,5 | 0,46 |
| Ausführung D | 1,2 | 0,5 | 0,42 |
| Ausführung E | 1,30 | 0,5 | 0,38 |
Wenn an einer Lagerstelle mehrere Lager in X-, O- oder Tandemanordnung zum Einsatz kommen, teilen sich die äußeren Lasten auf. Es muss stets das am höchsten belastete Lager betrachtet werden. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick, wie sich die äußeren Lasten auf die kombinierten Lager verteilt.
Eine präzisere Berechnung für die Auslegung der Spindellager ist die Ermittlung der Hertz‘schen Pressung zwischen Kugel und Laufbahnen mit Hilfe eines Berechnungsprogramms und der ISO/TS 16281. Diese darf den Maximalwert von 2.000 N/mm² nicht überschreiten.
Radiale Mindestbelastung
Für den zuverlässigen Betrieb eines Wälzlagers wird eine Mindestbelastung benötigt. Wenn die Mindestbelastung unterschritten wird, kann Schlupf auftreten. Die radiale Mindestbelastung für Spindellager kann überschlägig mit 1% der statischen Tragzahl C0 des Lagers angenommen werden. Sollte dieser Wert unterschritten werden, ist Rücksprache mit der KRW Anwendungstechnik zu halten.
